Contextualização

A Robótica Móvel é o campo de estudo dedicado ao desenvolvimento de máquinas capazes de se deslocar de maneira autônoma em ambientes diversos. As origens da robótica móvel estão na ciência da computação, mecatrônica e engenharia elétrica, mas seus avanços significativos aconteceram graças aos desenvolvimentos em inteligência artificial e aprendizado de máquina. As técnicas empregadas em robótica móvel permitem que máquinas executem tarefas que vão desde navegação e mapeamento, até detecção e reconhecimento de objetos, sempre em constante interação com o ambiente em que se encontram.

Os conceitos essenciais do campo incluem sistemas de controle, que permitem aos robôs responderem precisamente aos comandos e ao ambiente ao seu redor; programação, para iniciar tarefas e tomar decisões autônomas; e processamento de sinais através de sensores, crucial para a entrada de dados e a percepção de um robô do seu ambiente. Combinados, esses temas possuem o potencial de criar robôs móveis que podem operar de forma independente e eficiente.

A variedade e profundidade desses temas fazem da Robótica Móvel uma disciplina exigente, mas também resultam na produção de soluções tecnológicas inovadoras e impactantes.

A robótica móvel tem aplicações práticas em uma ampla gama de campos, desde indústrias e serviços de entrega, até cuidados de saúde e exploração espacial. Por exemplo, a NASA tem uma longa história de uso de robôs móveis em suas missões, notavelmente os rovers Mars, que fornecem informações valiosas sobre o Planeta Vermelho através da recolha de amostras e análise do solo marciano.

Quanto mais próximos da autonomia total, mais versáteis se tornam os robôs móveis. Carros autônomos são talvez o exemplo mais proeminente de como essa tecnologia está se tornando parte do nosso dia a dia. Estes veículos utilizam uma combinação de sensores e IA para navegar de maneira independente, mudando a maneira como nos deslocamos e redefinindo indústrias como a de transportes, entregas e turismo.

Para uma apreciação mais profunda das aplicações e possibilidades da Robótica Móvel, sugerimos os seguintes materiais:

1. [Introduction to Mobile Robotics (Coursera)]
2. [A Gentle Introduction to ROS (eBook)]
3. [MIT OpenCourseWare: Underactuated Robotics]

Estes recursos proporcionam uma vista abrangente dos desafios e das técnicas comuns enfrentados na robótica móvel.

Atividade Prática

Projetando, construindo e programando um Robô Móvel Autônomo

Objetivo do projeto: O objetivo deste projeto é conceber, construir e programar um robô móvel que será capaz de se mover autonomamente em um ambiente pré-definido. O robô deve ser capaz de detectar obstáculos e evitá-los para navegar com sucesso de um ponto A para um ponto B. O projeto se concentrará nos conceitos essenciais de controle de sistemas, programação e processamento de sinais.

Materiais necessários:

• Kit de robô móvel, que inclui motores, rodas, estrutura do carro, etc.
• Sensores de ultrassom para detecção de obstáculos.
• Uma placa de microcontrolador como Arduino UNO.
• Cabos para conexões.
• Laptop/Computador para programação.
• Bateria.

Descrição detalhada do projeto: Os alunos serão divididos em grupos de três a cinco e, cada grupo, terá a tarefa de projetar seu robô móvel. Eles começarão com a montagem do robô usando o kit fornecido. Em seguida, os aluno irão realizar a programação do robô utilizando linguagem de programação como Python ou C++. O robô deve ser programado para mover-se de um ponto A para um ponto B em um ambiente pré-definido, evitando obstáculos que possam estar a sua frente.

Passo a passo detalhado para a realização da atividade:

1. Montagem do robô: Utilizar o kit fornecido para montar o robô de acordo com as instruções inclusas.
2. Instalação dos sensores: Instalar os sensores de ultrassom na frente do robô de forma a detetar obstáculos a frente.
3. Programação do robô: Utilizando a placa de microcontrolador, os alunos irão programar o robô para que este seja capaz de mover-se autonomamente de um ponto A para um ponto B, desviando de obstáculos que possam se encontrar a frente.
4. Teste do robô: Fazer testes iniciais de movimentação e detecção de obstáculos. Ajustar a programação, se necessário.
5. Simulação final: Deve ser realizada uma simulação final, onde o robô precisa se mover do ponto A para o ponto B desviando de obstáculos, interceptando o sinal dos sensores e agindo de acordo.
6. Escrita do documento: Finalizada a parte prática, os alunos devem escrever um documento reportando no formato de um relatório contendo os tópicos principais descritos anteriormente. A Introdução deve contextualizar o tema da atividade, sua relevância e aplicação no mundo real. No Desenvolvimento os conceitos teóricos utilizados devem ser explicitados, a atividade detalhada, a metodologia utilizada apresentada e por fim os resultados discutidos. A Conclusão deve retomar os pontos principais, explicitar os aprendizados obtidos e as conclusões retiradas sobre o projeto. Por fim, na Bibliografia, devem ser indicadas as fontes utilizadas para criar e desenvolver o projeto.

Entregas do projeto: O projeto será concluído com a apresentação do robô em uma demostração ao vivo onde ele será colocado em um ambiente com vários obstáculos. O sucesso do robô em mover-se de um ponto A para um ponto B sem colidir com os obstáculos demostrará o aprendizado dos alunos. Além disso, cada grupo deve entregar o código fonte da programação do robô e, por fim, cada aluno deve entregar um relatório individual detalhando a sua participação no projeto, discussão sobre os problemas encontrados e as soluções adotadas, e os resultados obtidos.

Este projeto deve levar cerca de 5 a 10 horas de trabalho efetivas por aluno, com prazo de entrega de um mês.